DE2319650A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONVERTING A MESSAGE SIGNAL FROM ONE DIGITAL CODE FORMAT TO ANOTHER - Google Patents
METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONVERTING A MESSAGE SIGNAL FROM ONE DIGITAL CODE FORMAT TO ANOTHERInfo
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Description
Verfahren und Anordnung; zum Umwandeln eines Nachrichtensignals aus einem digitalen Codeformat in ein anderesProcedure and arrangement; for converting a message signal from a digital code format to another
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Umwandeln eines Nachrichtensignals aus einem digitalen Codeformat in ein anderes.The invention relates to a method and an arrangement for converting a message signal from a digital code format to another.
Die differentielle Pulscodemodulation (DPCM) ist eine Form der Nachrichtencodierung, bei der ein analoges Sprech- oder Video-Signal zur Bildung einer digitalen Impulsfolge periodisch abgetastet wird, und bei der die Differenz zwischen jeder impulsförmigen Abtastprobe und einer Vorhersage von ihr auf der Grundlage der letzten Abtastwerte für die Übertragung quantisiert und codiert wird. Durch die Verwendung einer Anzahl von quantisierter Stufen wird das analoge Eingangssignal treppenförmig angenähert. Differentielles Codieren, durch das die Redundanz des Nachrichtensignals entfernt wird, kann gegenüber dem konventionellen PCM-Codieren zu einer Bit-Einsparung von etwa zwei Bits je Abtastprobe führen.Differential pulse code modulation (DPCM) is a form of message coding in which an analog speech or Video signal is sampled periodically to form a digital pulse train, and in which the difference between of each pulsed sample and a prediction of it based on the most recent samples for transmission is quantized and encoded. By using a number of quantized levels, the analog input signal becomes approximated in a stepped shape. Differential Coding by which the redundancy of the message signal is removed can be compared to conventional PCM coding lead to a bit saving of around two bits per sample.
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Wenn der Quantisierer jedoch mit Stufen fester Größe versehen ist, wird er vom codierten Diiferenzsignal nicht immer effizient belegt. Idealerweise sollte jede Stufe mit gleicher Wahrscheinlichkeit belegt v/erden. Ferner kann ein Differenzierkodierer schnellen Veränderungen des Eingangssignals nur beschränkt folgen. Diese Einschränkung und der damit verbundene Codierungsf ahler wird auf eine zu große Steilheit zurückgeführt. Ein Codierer, der in dieser Form arbeitet, wird als stellheitslimitiert bezeichnet.However, if the quantizer is provided with steps of a fixed size is, it is not from the coded differential signal always efficiently occupied. Ideally, each step should be occupied with the same probability. Furthermore, a Differentiating encoders only follow rapid changes in the input signal to a limited extent. This limitation and the The associated coding error is too large Steepness returned. An encoder that works in this way is said to be position limited.
Eine zu große Steilheit wird dadurch einigermaßen vermieden, daß der Quanüsierer an die sich ändernden Signalparameter angepasst wird. Eine adaptive differentielle Pulscodemodu- . lationsanordnung (ADPCM) überwacht in ihrer einfachsten Form das digitale Ausgangssignal des Codierers und ändert durch Ansprechen auf Impulsfolgen, die die Größe der Differenzsignale anzeigen, die effektive Stufengröße des Qu, ntisierers. Wenn die Steigung z.B. zu groß ist, dann ist das Ausgangssignal des Codierers eine Folge von Impulsgruppen, . die anzeigen, daß ein maximales Increment benötigt wird. Wenn das Signal sehr klein ist, dann springt die ausgangsseitige Impulsfolge typischerweise zwischen den Pegeln der niedrigsten Quantisiererstufen. In beiden Fällen spricht eine logische Steuereinheit, die das Ausgangssignal überwacht, an und stellt die effektive Stufengröße des Quanti-Too great a steepness is avoided to some extent by the fact that the quantifier reacts to the changing signal parameters is adjusted. An adaptive differential pulse code modulus. lation arrangement (ADPCM) in its simplest form monitors the digital output signal of the encoder and changes it by responding to pulse trains indicative of the magnitude of the difference signals, the effective step size of the quantizer. If the slope is too great, for example, then the encoder output signal is a sequence of pulse groups,. which indicate that a maximum increment is required. If the signal is very small, the output side jumps Pulse train typically between the levels of the lowest quantizer stages. In both cases speaks a logic control unit that monitors the output signal and sets the effective step size of the quanti-
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sierers ein. Das kann unmittelbar im Quantisierer oder durch Änderung der Bezurspegel des Quantisierers und Decodiorers geschehen. Auf dieser Weise bekämpft der ADPCM-Code das mit einer zu gro.ßen Steilheit verbundene Problem, wahrend er gleichzeitig die Vorteile der DPCM-Codierung beibehält. Folglich ist der übertragene Code effizienter, weil er zulässt, dai3 mehr Signalredundanz der übertragenen Daten entfernt wird. Er liefert für die selbe Bitfolgefrequenz ein Signal von höherer Qualität oder bringt umgekehrt bei einer geringeren Bitfolgefrequenz ein Signal von vorgegebener Qualität zustande. sierers a. This can be done directly in the quantizer or by changing the level of the quantizer and decoder. In this way, the ADPCM code combats the problem of having too great a steepness, while at the same time retaining the advantages of DPCM coding. As a result, the transmitted code is more efficient because it allows more signal redundancy to be removed from the transmitted data. For the same bit rate, it delivers a signal of higher quality or, conversely, at a lower bit rate, it produces a signal of predetermined quality.
Also sind verschiedene Formen der Nachrichtencodierung verfügbar, von denen jede gegenüber den anderen bestimmte Vor- und Nachteile hat. Manche Nachrichten werden besser in der einen und manche Nachrichten besser in der anderen Form codiert. Bei ausgedehnten Übertragungsanlagen ist es jedoch unbedingt erforderlich, digitale Anordnungen für verschiedene Code-Formate zwischenzuschalten. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, ein konventionelles PCM-Signal über einen ADPCM-Kanal zu übertragen, um eine ' vorteilhafte Bitfolgefrequenz zu erhalten. Oder es kann sein, daß allein ein DPCM-Kanal verfügbar ist. Vielleicht sind bei der Übertragung benachbarte Kanäle für mehrere verschiedene Code-Formate anzutreffen. Weil ein Kanal, derSo there are several forms of message coding available, each different from the other Has advantages and disadvantages. Some messages get better in one and some messages get better in the other Coded shape. In the case of extensive transmission systems, however, it is imperative to have digital arrangements for to insert different code formats. For example, it may be desirable to have a conventional Transmit a PCM signal over an ADPCM channel to provide a ' to obtain advantageous bit rate. Or it may be that only one DPCM channel is available. Maybe adjacent channels for several different code formats are encountered during transmission. Because a channel that
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für ein Code-Format bestimmt ist, keine in einem anderen Format codierte Nachricht anpassen kann, ist es notwendig, die Nachricht an jeder Zwischenschaltungsstelle von einem Format in das andere umzuwandeln.is intended for one code format, cannot adapt a message encoded in another format, it is necessary to convert the message from one format to the other at each intermediate point.
Auch kann es wünschenswert sein, eine Bit-Folge-Frequenz in eine andere umzuwandeln, z.B. ein 3-Bit ADPCM-Format in ein 4-Bit DPCM-Format, ein 6-Bit PCM-Format in ein 3-Bit ADPCM-Format usw. Ferner ist es häufig nötig, inner-, halb einer einzelnen Anordnung ein Code-Format in ein anderes umzuwandeln, damit1 ein Nachrichtensignal z.B. digital gefiltert werden kann. Die meisten Digitalfilter arbeiten im PCM-Format. Es ist deshalb nötig, das zu filternde. Nachrichtensignal in PCM umzuwandeln und dann wieder'in das ursprüngliche Übertragungsformat zurückzuverwandeln.It may also be desirable to convert one bit rate to another, for example a 3-bit ADPCM format to a 4-bit DPCM format, a 6-bit PCM format to a 3-bit ADPCM format, and so on . Furthermore, it is often necessary within half convert a code format to another a single array, so that a message signal, for example, can be digitally filtered first Most digital filters work in the PCM format. It is therefore necessary to filter what is to be filtered. To convert the message signal to PCM and then to convert it back to the original transmission format.
Bisher war für die Nachrichtensignal-Umwandlung aus einem Code-Format in ein anderes lokales Decodieren, d.h., Reduzieren in die Analogform eines Grundbandes, und dann ein Recodieren in das neue Format notwendig. Z.B. wird ein ADPCM-Signal in ein pulsamplituden-moduliertes (PAM) Signal decodiert, in einem Tiefpassfilter demoduliert, dann requantisiert und als ein DPCM-Nachrichtensignal codiert. Offensichtlich ist dafür eine komplizierte Codier- und Decodier-Anordnung nötig. Noch dazu begünstigt sie Codierungs-Previously, the conversion of message signals from one code format to another was local decoding, i.e., reducing into the analog form of a basic tape, and then recoding into the new format is necessary. E.g. becomes a ADPCM signal into a pulse amplitude modulated (PAM) signal decoded, demodulated in a low pass filter, then re-quantized and encoded as a DPCM message signal. Obviously, this is a complicated coding and decoding arrangement necessary. In addition, it favors coding
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fehler dos Signals und befrachtet es oft mit Quantisierungsgeräuschen und anderen Signaler Zerrungen. errors in the signal and often loads it with quantization noises and other signal distortions.
Das vorerwähnte Problem der Umwandlung eines codierten Signals aus einem digitalen Format in ein anderes wird erfindungsgemäß ohne Signalverzerrung gelöst, indem die Umwandlung auf rein digitaler Basis ohne Decodieren ins Grundband durch logisches Prüfen des Nachrichtensignals, das in digitalen V/ortern eines ersten Formates codiert ist, erfolgt, um die Bedingungen zu bestimmen, die bei der Entfernung der Redundanz des Nachrichtensignals während seiner Codierung angewendet worden sind, indem die digitalen Wörter im ersten Format mit einem Maßstabfaktor digital multipliziert werden, der so gewählt ist, daß digitale Produkt-. Wörter gebildet werden, in denen die Redundanz des Nachrichtensignales neu verteilt ist, und in dem die digitalen Produktwörter zur Darstellung des Nachrichtensignals auf die für das zweite Codierungswort gewählte Bit-Zahl abgerundet werden.The aforementioned problem of converting a coded signal from one digital format to another is achieved according to the invention without signal distortion by converting on a purely digital basis without decoding into the baseband by logically checking the message signal that is in digital forwarding of a first format is encoded, takes place, to determine the conditions involved in removing the redundancy of the message signal during its Coding has been applied by digitally multiplying the digital words in the first format by a scale factor be chosen so that digital product. Words are formed in which the redundancy of the message signal is redistributed, and in which the digital product words to represent the message signal the number of bits selected for the second coding word must be rounded off.
Die Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Fig. 1 eine konventionelle Anordnung zum digitalen Codieren eines Analogsignals nach bekannten vorhersagenden Quantisierungsverfahren;1 shows a conventional arrangement for digitally coding an analog signal according to known ones predictive quantization methods;
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Fig. 2 eine typische Stufencharakteristik eines Ciuautisierers und die zur Kennzeichnung der verschiedenen Pegel des Quantisierers verwendet 3-Bit-Codierung; 2 shows a typical step characteristic of a cuautizer and the 3-bit coding used to identify the different levels of the quantizer;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die ein digitales ADPCM-Signal sowohl in ein digital DPCM-als auch in ein digitales PCM-Signal umwandelt;Fig. 3 is a block diagram of an arrangement that converts a digital ADPCM signal into both a digital DPCM and a also converts to a digital PCM signal;
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die ein digitales DPCM-Signal in ein digitales ADPCM-Signal umwandelt; undFigure 4 is a block diagram of an arrangement that converts a digital DPCM signal into a digital ADPCM signal converts; and
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die ein Signal in einem digitalen PCM-Format in ein Signal.in einem digitalen DPCM-Format umwandelt.Fig. 5 is a block diagram of an arrangement that generates a signal in a digital PCM format into a Signal.in converts to a digital DPCM format.
Erfindungsgemäß wird ein codiertes Nachrichtensignal ohne Decodieren ins Grundband auf rein digitaler Basis aus einem digitalen Code-Format in ein anderes umgewandelt. Der wesentliche Unterschied zv/ischen den verschiedenen vorhersagenden Code-Formen besteht mit wenigen Worten darin, wie weitgehend und auf welche Weise die Signalredundanz eines Nächrichtensignales entfernt wird. Deshalb wird eine "a priori "-Kenntnis der Art und des Ausmasses der Redundanz-Entfernung dazu verwendet, die redundante Information so weit wiederherzustellen und/oder neu zu verteilen, wie das zur Änderung des Code-Forrnates des Nächrichtensignales erforderlich ist.According to the invention, a coded message signal is converted from one digital code format into another on a purely digital basis without decoding into the baseband. In a few words, the essential difference between the various predictive code forms is how extensively and in what way the signal redundancy of a message signal is removed. Therefore, an "a priori" -Knowledge of the nature and extent is the redundancy removal used to restore the redundant information so far and / or redistribute it, as required to change the code of Forrnates Nächrichtensignales is.
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Zvjxi Beispiel dient die logische Cödierungseinheit einer adaptiven Codierungsanordnung zur Festlegung des erforderlichen EinstellungsTjereiches, um ein Nachrichtensignal und einen Quantisierer in Maßstab zu setzen. In der Regel prüft die logische Einheit d.en Bit-Strom am Codiererausgang und zeigt an, daß sich das Eingangssignal auf den höchsten oder niedrigsten Quantisierungspegeln befindet» Sie reagiert, indem sie das Signal in Maßstab setzt, um es dem Quantisierer anzupassen, oder indem sie die Stufengrößen des Quantisierers selbst verändert, um das Signal einzuordnen. For example, the logical coding unit of an adaptive coding arrangement is used to define the required setting range in order to scale a message signal and a quantizer. Usually the logic unit checks the bit stream at the encoder output and indicates that the input signal is at the highest or lowest quantization level. It responds by scaling the signal to match the quantizer, or by it changes the step sizes of the quantizer itself to classify the signal.
In der gleichen Weise wird bei der erfindungsgemäßen Umwandlung s anordnung eine logische Einheit verwendet, die einen ankommenden Bit-Strom zur Identifizierung einer Signalfolge überprüft und anzeigt, daß bei der Signalcodierung ein Maßstabfaktor gebildet wurde. Danach stellt die logische Einheit unter Berücksichtigung dieses Maßstabfaktors einen weiteren Maßstabsfaktor auf, der zur Umwandlung des Signals in ein neues Format geeignet ist. Das Format wird durch digitales Multiplizieren jedes Code-Wortes mit dem geforderten Maßstabfaktor und durch Abrunden des Produktwortes auf die für das neue Format erforderliche Bit-Zahl umgewandelt. Ausrangierte niedrigstwertige Bits werden akkumuliert und in das neue Wort überführt, um die Umwandlung genauer zu machen.The conversion according to the invention is carried out in the same way s arrangement uses a logical unit that uses an incoming bit stream to identify a signal sequence checked and indicates that there is a scale factor in the signal coding was formed. The logical unit then sets a, taking this scale factor into account another scaling factor that is suitable for converting the signal into a new format. The format is through digital multiplication of each code word with the required scale factor and by rounding off the product word converted to the number of bits required for the new format. Discarded least significant bits are accumulated and translated into the new word to make the conversion more accurate.
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Neben der Umwandlung aus einem digitalen Format in das andere kann die in einem vorgegebenen Code-Format verwendete Wortlänge geändert v/erden, und zwar mit oder ohne einer Änderung des Code-Formates. So kann z.B. ein 4-Bit DPCM-Signal als 3-Bit Signal in einem ADPCM-Format oder als ein 6-Bit-Signal in einem PCM-Format wiederbestimmt werden.In addition to converting from one digital format to the other, it can be used in a predetermined code format Word length changed, with or without changing the code format. For example, a 4-bit DPCM signal as a 3-bit signal in an ADPCM format or as a a 6-bit signal can be redetermined in a PCM format.
Weil sich die Formatumwandlung, um x^irksam durchgeführt werden zu können, auf eine· "a prior !"-Kenntnis der Art und Weise abstützt, wie die Redundanz eines Nachrichtensignals während des Codierens geändert wurde, dient es deshalb ebenso dem Verständnis der Erfindung, zu erörtern, wie digitales vorhersagendes Codieren ausgeführt wird.Because the format conversion to x ^ is carried out effectively to be able to, on an · "a prior!" - knowledge of the nature and Based on the manner in which the redundancy of a message signal was changed during encoding, it therefore serves as well as understanding the invention to discuss how digital predictive coding is carried out.
Differentielles PCM ist eine spezielle Form des vorhersagenden Quantisierens und dient dazu, die Differenz zwischen einer Abtastprobe eines Analogsignales und einer linearen Vorhersage von ihm zu quantisieren. Das Differenzsignal, das manchmal auch der Voraussagefehler genannt wird, erfordert für die Übertragung typischerweise weniger Bits als' der quantisierte Wert der ursprünglichen e'ingangsseitigen Abtastprobe. Ferner wurde gezeigt, daß das Rauschen in dem ermittelten Signal aufgrund der Vorhersage im Quantisierer dasselbe ' ist wie das Quantisierungsrauschen im Fehlersignal. DasDifferential PCM is a special form of predictive It is used to quantize the difference between a sample of an analog signal and a linear prediction to quantize from him. The difference signal, sometimes called the prediction error, requires for the transmission typically fewer bits than the quantized value of the original input sample. It was also shown that the noise in the determined Signal due to the prediction in the quantizer is the same as the quantization noise in the error signal. That
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Quantisierungsrauschen akkumuliert sich deshalb nicht mit sukzesiven sendeseitigen Schätzwerten des Eingangssignals.Quantization noise therefore does not accumulate with successive estimates of the input signal on the transmission side.
Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Codieren analoger Nachrichtensignale entweder in einem DPCM- oder einem ADPCM-Format. Ein Nachrichtensignal wird in der Einheit 11 mit einer ausgewählten Geschwindigkeit abgetastet, die von einem Taktgeber o.dgl. gesteuert wird, und die Abtastproben werden im Subtraktionsnetzwerk 12 mit der Amplitude der Abtastprobenvorhersage verglichen. Die Differenz oder, das Vorhersage-Fehlersignal gelangt zum Quantisierer 13 mit typischweise festen Quantisierungsstufen, um Signalabtastproben bei ausgewählten Quantisierungspegeln zu nehmen. Die quantisierten Signale werden an die lineare Vorhersageeinheit 15, die im allgemeinen ein Integrator ist, und dazu dient, das Ausgangssignal des Quantisierers treppenförmig zu halten, gelqgt. Der Integrator liefert ein aus den letzten Abtastprobenwerten akkumuliertes Signal und schon deshalb eine angemessen genaue Abschätzung des Wertes eines ankommenden Signals an das Subtraktionsnetzwerk 12.Fig. 1 shows an arrangement for coding analog message signals in either a DPCM or an ADPCM format. A message signal is in the unit 11 with a selected speed scanned by a clock or the like. is controlled and the samples are in the subtraction network 12 with the amplitude of Sample prediction compared. The difference or the prediction error signal arrives at the quantizer 13 typically fixed quantization levels to take signal samples at selected quantization levels. The quantized signals are sent to the linear prediction unit 15, which is generally an integrator, and to it serves, the output signal of the quantizer is stepped to hold, lqgt. The integrator delivers one from the last Sample values accumulated signal and therefore a reasonably accurate estimate of the value of an incoming Signal to the subtraction network 12.
Die -quantisierten Signale werden ferner an den Codierer 16 gelegt, in dem ein geeignter Impulsfolge-Code aufgestellt wird, um die Impulsfolgewerte zu identifizieren. Der CodiererThe quantized signals are also sent to the encoder 16 in which a suitable pulse train code is set up to identify the pulse train values. The encoder
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16 kanri beispielsweise digitale 3~Bit-W.örter in,einem konventionellen PCM-Format liefern. Danach werden die codierten Signale über den Kanal 17 digital zu einer Empfängeranordnung übertragen, wo ankommende Signale in der Einheit decodiert und an die lineare Vorhersageeinheit 19 weitergegeben werden. Die Vorhersageeinheit 19 entspricht in jeder Hinsicht der sendeseitigen Vorhersageeinheit 15 und ist wie diese typischerweise als Integrationsnetzwerk ausgeführt. Ankommende Abtastproben werden, in der Vorhersageeinheit 19 akkumuliert, im Filter 20 geglättet und als Abbildung des eingangsseitigen Nachrichtensignals an eine ausgangsseitigen Schaltung geführt. Weil die Anordnung differenzierend wirkt, werden weniger Bits zur Spezifizierung des angelegten Nachrichtensignals als ohne vorhersagende Quantisierung benötigt.16 kanri, for example, digital 3 ~ bit words in a conventional one Deliver PCM format. The coded signals are then digitally transmitted via channel 17 to a receiver arrangement transmitted, where incoming signals are decoded in the unit and passed on to the linear prediction unit 19 will. The prediction unit 19 corresponds in all respects to the transmission-side prediction unit 15 and is as these are typically implemented as an integration network. Incoming samples are, in the prediction unit 19 accumulated, smoothed in the filter 20 and as a mapping of the input-side message signal to a circuit on the output side. Because the arrangement has a differentiating effect, fewer bits are required for specification of the applied message signal than required without predictive quantization.
Eine adaptive DPCM-Anordnung arbeitet irn wesentlichen mit den selben Elementen, bewirkt aber die Einstellung der effektiven Quantisierungscharakteristik, um das örtliche Differenzsignal ungeachtet großer Maßstabveränderungen zu erfassen. Bei ADPCM-Betrieb wird der ausgangsseitige Bit-Strom des Codierers 16 in der logischen Einheit 22 überwacht, um diejenigen Code-Wörter zu bestimmen, die die höchste oder' niedrigste Pegelbelegung des Quantisierers anzeigen. Wenn die höchsten Pegel für ein ausgewähltesAn adaptive DPCM arrangement works essentially with it the same elements, but adjusts the effective quantization characteristic to the local Detect difference signal regardless of large changes in scale. In ADPCM mode, the output-side Bit stream of the encoder 16 is monitored in the logic unit 22 in order to determine those code words which show the highest or lowest level occupancy of the quantizer. When the highest level for a selected
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Intervall mit einer zu großen Steilheit belegt werden, bewirkt die logische Einheit ein Expandieren des Quantisierers, d.h., eine Änderung der angenäherten Stufengrößen, um das Signal mit hoher Amplitude anzupassen. Wenn Code-Wörter vom Codierer 16 anzeigen, daß der niedrigste Pegel des Quantisierers für ein spezifiziertes Intervall mit einem niedrigen Pegel belegt ist, bewirkt die logische Einheit eine Kompression des Quantisierers, um granuläre Verzerrungen (granular distortion) zu verringern. Eine derartige Anpassung durch Kompression oder Expandierung, die im allgemeinen als Kompandierung bezeichnet wird, kann, entweder mit Silbengeschwindigkeit (langfristig) oder jeweils im Augenblick (kurzfristig) ausgeführt v/erden. Die Kompandierung wird gewöhnlich durch ein multiplikatives Verändern der Bezugspegel des sendeseitigen Quantisierers 13 und des empfängerseitigen Decodierers 18 erreicht. Folglich sind adaptive Anordnungen durch eine selektive Änderung der Stufengröße auf Änderungen der Amplitude des anlegten Signales hin gekennzeichnet.Interval are occupied with too great a slope, causes the logical unit is expanding the quantizer, i.e. changing the approximate step sizes by the Adapt signal with high amplitude. When code words from encoder 16 indicate that the lowest level of the Quantizer is occupied for a specified interval with a low level, causes the logical unit a compression of the quantizer to reduce granular distortion. Such a one Adaptation by compression or expansion, commonly referred to as companding, can be either at the speed of syllables (long-term) or at the moment (short-term). The companding is usually obtained by a multiplicative change in the reference levels of the quantizer 13 and at the transmission end of the receiver-side decoder 18 is reached. Consequently are adaptive arrangements by selectively changing the step size to changes in the amplitude of the applied Signal marked out.
In einer ADPCM-Anordnung werden Signale, die zum Empfänger laufen, sowohl an den empfangsseitigen Decodierer 18 als auch an die empfangsseitige logische Einheit 23 geführt. Die logische Einheit 23 ist im wesentlichen mit der senderseitigen logischen Einheit 22 identisch, hat wie diese ZugriffIn an ADPCM arrangement, signals sent to the receiver run, both to the decoder 18 at the receiving end and to the logic unit 23 at the receiving end. The logic unit 23 is essentially with the transmitter side Logical unit 22 is identical and has access like this
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zu dem selben Bit-Strom und trifft wie diese die selben Entscheidungen. Vorteilhafterweise erzeugt die logische Einheit 23 ein Signal (ein Multiplikationssignal), das den Bezugsspannungsbereich des Decodierers 18 bei der Umwandlung ankommender digitaler Signale in ein analoges Signal festlegt. Wenn also ankommende digitale Signale die Belegung des höchsten Quantisiererpegels anzeigeri, ,stellt die logische Einheit 22 ganz entsprechend den Bereich des Quantisierers 13 ein. Die logische Einheit 23 wirkt ebenfalls in dieser Weise auf den Decodierer 18, damit eine größere Spannung als analoges Gegenbild dieses digitalen Signals festgelegt wird. Wenn das ankömmende digitale Signal die Belegung der niedrigsten Quantisiererstufe anzeigt, dann reduziert der an den Decodierer 18 angelegte Maßstabfaktor der logischen Einheit ganz ähnlich die Größe des diesem digitalen Wort zugewiesenen analogen Signals.to the same bit stream and makes the same decisions as this. The logical Unit 23 receives a signal (a multiplication signal) representing the reference voltage range of the decoder 18 upon conversion sets incoming digital signals into an analog signal. So if incoming digital signals display the occupancy of the highest quantizer level, , the logic unit 22 sets the range of the quantizer 13 entirely accordingly. The logical unit 23 works also in this way on the decoder 18, so that a greater voltage than the analog counter-image of this digital Signal is set. If the incoming digital signal shows the occupancy of the lowest quantizer level, then the logic unit scale factor applied to decoder 18 will similarly reduce the size of the analog signal assigned to this digital word.
Im allgemeinen kann der Maßstabfaktor der logischen Einheit jeder beliebigen Regelvielzahl zwischen einer augenblicksweisen und silbenweisen Anpassung mit einem großen SpeicherIn general, the logical unit scale factor can be any number of rules between instantaneous and syllable adjustment with a large memory
■folgen. Die Fig. 2 zeigt eine typische Quantisierungstreppe mit ihrem 3-Bit-Stufen-Code, die in einer ADPCM-Sprechcodierungsanordnung verwendet wird. Wenn das binäre Code-Wort 111 oder 000 ist, also ein Signal große Amplitude anzeigt, dann wird ein Multiplikationsfaktor, der■ follow. Fig. 2 shows a typical quantization staircase with their 3-bit step code contained in an ADPCM speech coding arrangement is used. If the binary code word is 111 or 000, a signal with a large amplitude indicates then a multiplication factor that
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größer als 1 ist, zum Expandieren der effektiven Signalgröße des Quantisierers gebraucht. Wenn das Code-Wort 100 oder 011 ist, wird ein Multiplikationsfaktor, der etwas kleiner als 1 ist, zur Reduzierung der Signalsgröße des Quantisierers gebraucht. Ein logischer Algorithmus, der für zwei verschiedene Abtastfrequenzen geeignet ist, wird nachstehend in Tabelle. 1 aufgeführt.is greater than 1 is used to expand the effective signal size of the quantizer. If the code word is 100 or 011, a multiplication factor slightly smaller than 1 is used to reduce the signal size of the quantizer second hand. A logical algorithm suitable for two different sampling frequencies is shown below in table. 1 listed.
der logischen Einheitthe logical unit
8KHz-Abtastung 6 KHz-Abtastung8KHz sampling 6 KHz sampling
111 oder 000 1,750 - 1,625111 or 000 1.750 - 1.625
110 oder 001 1,250 1,250110 or 001 1.250 1.250
010,011,100,101 0,875 0,800010,011,100,101 0.875 0.800
Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Umwandeln eines ADPCM-Bit-Stroms, der wie in der in Fig. 1 dargestellten Anord- · nung vorbereitet wird, in einem DPCM-Bit-Strom. Eine solche Arbeitsweise kann in einer ÜbertragungsanOrdnung erforderlich sein, wenn beispielsweise für digitales Filtern, für die Betätigung eines Rechners oder dergleichen ein interface mit einer anderen Anordnung oder innerhalb einer Anordnung erfolgt. Als Beispiel wird eine Anordnung mit einem eingangsseitigen 3-Bit ADPCM-Wort erläutert. AnkommendeFig. 3 shows an arrangement for converting an ADPCM bit stream, which is prepared as in the arrangement shown in FIG. 1, in a DPCM bit stream. Such Working method may be required in a transmission arrangement be, for example, for digital filtering, for operating a computer or the like an interface takes place with another arrangement or within an arrangement. As an example, consider an arrangement with a 3-bit ADPCM word on the input side explained. Incoming
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Ϋ/örter v/erden zu der logischen Einheit 30 geführt, die sie überprüft"und einen geeigneten binären Multiplikationsfaktor bildet, um den Maßstabsfaktor des angelegten Signales zu expandieren oder komprimieren. Die logische Einheit 30 ist mit der zur' Vorbereitung des ADPCM-Bit-Stromes verwendeten logischen Einheit 22 identisch und bildet Multiplikationsfaktoren, die mit den von der logischen Einheit gebildeten Multiplikationsfaktoren übereinstimmen. Sie v/erden hier benutzt, um das ankommende Signal in Maßstab zu setzen. Der digitale Multiplizierer 31 beliebiger Bauweise spricht auf zwei η-Bit Signale (z.B. η = 3) an und erzeugt ein ausgangsseitiges 2n-Bit Signal (6-Bit beim vorliegenden Beispiel). Digitale Multiplizierer sind wohl bekannt und werden häufig verwendet. Durch Entfernen des beim Quantisieren des ADPCM-Nachrichtensignales verwendeten Expansionsund Kompressions-Faktors ist das Ausgangssignals des Multiplizierers 31 ein DPCM-codiertes Signal. Im vorliegenden Beispiel ist es in 6-Bit-Wörtern ausgedrückt. Das 6-Bit Produktsignal wird im Produktregister 32 gespeichert.Ϋ / words are passed to the logical unit 30 which they checked "and a suitable binary multiplication factor forms to expand or compress the scale factor of the applied signal. The logical unit 30 is with that used to 'prepare the ADPCM bit stream logical unit 22 is identical and forms multiplication factors, which match the multiplication factors formed by the logical unit. You v / ground used here to scale the incoming signal. The digital multiplier 31 of any design responds to two η-bit signals (e.g. η = 3) and generates a 2n-bit signal on the output side (6-bit in this case Example). Digital multipliers are well known and widely used. By removing the when quantizing The expansion and compression factor used for the ADPCM message signal is the output signal of the multiplier 31 a DPCM encoded signal. In the present example it is expressed in 6-bit words. The 6-bit Product signal is stored in product register 32.
Es kann jedoch sein, daß im DPCM-Format arbeitende Verbindungsschaltungen "(corrarting circuits) keine 6-Bit-Wörter verarbeiten können. Es passt besser, wenn die Bit-Zahl nur um 1 oder 2 größer als beim ADPCM-Format ist, z.B. 4-BitHowever, it may be that interconnection circuits operating in the DPCM format "(corrarting circuits) no 6-bit words can process. It is better if the number of bits is only 1 or 2 larger than in the ADPCM format, e.g. 4-bit
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beträgt. Das Produktregister 32 ist dafür eingerichtet,.Produkt signale in einer ihrer Bit-Wertigkeit gemäßen Anordnung zu speichern. Ein 4-Bit-Signal wird deshalb durch Abrunden des Registers, d.h., durch Auslesen nur der vier höchstwertigen Bits des 6-Bit-Produktes erzeugt. Wenn das Ausgangssignal des Registers 32 ein 5-Bit-Signal sein soll, werden die 5 höchstwertigen Bits (MSB) ausgelesen.amounts to. The product register 32 is set up to .Product signals in an arrangement according to their bit value save. A 4-bit signal is therefore generated by rounding off the register, i.e. by reading out only the four most significant Bits of the 6-bit product generated. When the output signal of register 32 is to be a 5-bit signal, the 5 most significant bits (MSB) are read out.
Obwohl das Abrunden dazu dient, ein scharfes Abbild des gewünschten Signals in dem neuen Format zu bilden, ist es offensichtlich, daß Abrundungsfehler entstehen können. Folglich werden die niedrigstwertigen Bits (LSB), anstatt verworfen zu werden, zum Akkumulator 33 und nach einer Zwischenspeicherung wieder zurück in den Ausgangsbitstrom geführt.Although the rounding is done to get a sharp image of the To form the desired signal in the new format, it is obvious that rounding-off errors can arise. Consequently the Least Significant Bits (LSB), instead of being discarded, become accumulator 33 and after being temporarily stored led back into the output bit stream.
Der Akkumulator 33 dient dazu, jeden digitalen Code-Wert festzuhalten, z.B. in der Verzögerungεeinheit 34 (delay 34) und addiert es digital zu dem nächstfolgenden digitalen Code-Wort in Addierer 35· Jedes Mal, wenn die akkumulierte Summe 1 ist, wird ein digitaler Code-Wert ausgelesen, wobei irgendein Bruchteil zum weiteren Akkumulieren zurückbleibt. Digital arbeitenden Akkumulatoren, sind bekannt und werden in der Regel für digitale Zwischenspeicherungen verwendet .The accumulator 33 is used to record every digital code value, e.g. in the delay unit 34 (delay 34) and digitally adds it to the next following digital code word in adder 35 · every time the accumulated Sum is 1, a digital code value is read out, leaving some fraction for further accumulation. Digitally working accumulators are known and are usually used for digital caching.
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Das abgerundete Ausgangssignal des Registers 32 wird auf diese Weise zusammen mit irgendwelchen Zwischenspeicherungs-Signalen aus dem Akkumulator 33 an den Addierer 36 gelegt. Das aufsummierte digitale Ausgangssignal ist das gewünschte DPCM-Signal.The rounded output of register 32 is on this way along with any buffering signals from the accumulator 33 to the adder 36. The summed up digital output signal is the desired one DPCM signal.
Wenn das gewünschte -Ausgangssignal ein konventionelles PCM-Signal ist, wird das DPCM-Signal vom Addierer 36 zum Akkumulator 37 geführt. Der Akkumulator 37 dient als digitaler Decodierer, der mit dem in Fig. 1 dargestellten empfängerseitigen Decodierer 18 vergleichbar ist. Sein digitales Ausgangssignal ist ein konventionelles PCM-Signal, und seine Wortlänge wird wie beim DPCM-Signal durch den Umfang des Abrundens des in Maßstab ges&tzten Eingangssignales und durch die Addiergenauigkeit des Akkumulators bestimmt.When the desired output signal is a conventional PCM signal is, the DPCM signal from the adder 36 becomes the accumulator 37 led. The accumulator 37 serves as a digital decoder with the receiver-side shown in FIG Decoder 18 is comparable. Its digital output signal is a conventional PCM signal, and As with the DPCM signal, its word length is determined by the scope the rounding of the scaled input signal and determined by the adding accuracy of the accumulator.
Neben den. Umwandlungen von ADPCM in DPCM sind oft auch Umwandlungen in umgekehrter Richtung erforderlich. Letztere sind etwas schwieriger auszuführen, weil beim Codieren Redundanz entfernt statt eingebaut werden muß, d.h., es ist adaptives Codieren notwendig. Erfindungsgemäß wird jedoch zusätzlich auf vollkommen digitaler Grundlage codiert und die Bit-Stromgröße selektiv eingestellt, um das gewünschte ADPCM-Format anzupassen.In addition to the. Conversions from ADPCM to DPCM are often conversions as well required in the opposite direction. The latter are a little more difficult to implement because of the redundancy involved in coding removed rather than built in, i.e. adaptive coding is necessary. According to the invention, however additionally encoded on a fully digital basis and the bit stream size selectively adjusted to the desired one Adapt ADPCM format.
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Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur digitalen Umwandlung von DCPM in ADPCM. Ein ankommendes digitales DPCM-Signal in beispielsweise einem 4-Bit Code-Format wird mit Hilfe ' eines Akkumulators 41 in PCM umgewandelt. Das entspricht dem bereits vorher im Zusammenhang mit dem Akkumulator 37, der in Fig. 3 dargestellt ist, beschriebenen Ablauf. Der Akkumulator 41 verfügt über ein Additionsregister, und deshalb kann sein Ausgangssignal auf jede gexnmschte Genauigkeit abgerundet werden, beispielsweise auf eine Genauigkeit von 6 Bit. Das ausgangsseitige PCM-Signal wird im digitalen Subtrahierer 42 mit einem örtlichen Digitalwort-Schätzwert verglichen und ein digitales Differenzsignal erzeugt. Der örtliche Schätzwert muß notwendigerweise Art und Umfang der für das ADPCM-Format gewünschten Kompandierung wiedergeben. Weil das Codieren auf digitaler Grundlage erfolgt und die digital sich abwickelnde Multiplikation die Bit-Strom-Größe ändert, sind erfindungsgemäß Register für die akkumulierten Signale vorgesehen, und werden die Signale abgerundet, um die gewünschte Bit-Strom-Größe zu erzeugen. In dem Beispiel wird ein 6-Bit-Signal vom Akkumulator 41 an den Subtrahierer 42 angelegt, ein örtlicher 6-Bit Signal-Schätzwert aus dem akkumulierten Signal herausgezogen und ein 6-Bit Differenzsignal an das Register 43 angelegt. Wenn das ausgangsseitige ADPCM-Signal beispielsweise als 3-Bit-Signal ausgedrückt4 shows an arrangement for the digital conversion of DCPM to ADPCM. An incoming digital DPCM signal in a 4-bit code format, for example, is converted into PCM with the aid of an accumulator 41. Corresponding the sequence already described previously in connection with the accumulator 37, which is shown in FIG. 3. Of the Accumulator 41 has an addition register, and therefore its output signal can be adjusted to any desired accuracy rounded down, for example to an accuracy of 6 bits. The PCM signal on the output side is digital Subtracter 42 is compared to a local digital word estimate and a digital difference signal generated. The local estimate must necessarily be of the type and amount of companding desired for the ADPCM format reproduce. Because the coding is digital and the multiplication is digital the bit stream size changes, according to the invention registers are provided for the accumulated signals, and the signals are rounded down to produce the desired bit stream size. The example uses a 6-bit signal applied from accumulator 41 to subtracter 42, a local 6-bit signal estimate from the accumulated Signal extracted and a 6-bit difference signal applied to register 43. If the output side For example, the ADPCM signal is expressed as a 3-bit signal
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werden soll, rundet das Register 43 das gespeicherte Signal ab und liefert dem Addierer 44 eine Folge von 3-Bit-Signalen. Um das Ausgangssignal genauer zu machen, wird eine Zwischenspeicherung' der niedrigstwertigen Bits im Akkumulator 45 vorgenommen, in diesem Falle der ausrangierten drei niedrigstwertigen Bits, bis eine Bitwertigkeit akkumuliert ist, und dann wird das im Addierer 44 gespeicherte Signal inkrementiert. Das Ausgangssignal des Addierers 44 stellt das ADPCM-Signal in Form eines digitalen 3-Bit-Wortes dar.is to be, the register 43 rounds off the stored signal and supplies the adder 44 with a sequence of 3-bit signals. In order to make the output signal more precise, the least significant bits are temporarily stored in the accumulator 45 made, in this case the discarded three least significant Bits until a bit weight is accumulated and then the signal stored in adder 44 is incremented. The output of adder 44 represents the ADPCM signal in the form of a 3-bit digital word.
Der örtliche Schätzwert des ankommenden PCM-Signals wird wie beim vorhersagenden Codieren durch Integration einer verarbeiteten (processed) Version des Ausgangssignals gebildet. Um die für ADPCM verlangte adaptive Signalcharakteristik. zu erhalten, wird das Ausgangssignal durch Änderung seines Maßstabfaktors beispielsweise in Multiplizierer 47 eingestellt. Der Multiplikationsfaktor wird durch die logische Einheit 46 gebildet, die den Ausgangs-Bit-Strom beispielsweise mit Hilfe eines bereits vorher beschriebenen und in Tabelle I dargestellten Algorithmus auf Quantisiererbelegungscharakteristiken überprüft.The local estimate of the incoming PCM signal becomes as in predictive coding by integrating a processed version of the output signal. The adaptive signal characteristics required for ADPCM. the output signal is obtained by changing its scale factor is set in multiplier 47, for example. The multiplication factor is determined by the logical Unit 46 is formed, the output bit stream, for example with the help of a previously described and the algorithm shown in Table I on quantizer occupancy characteristics checked.
Das in Maßstab gesetzte Signal wird dann an das Produktregister 48 angelegt. Wenn die logische Einheit 46 einThe scaled signal is then applied to the product register 48. When the logical unit 46 is a
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3-Bit Multiplikatxoiissignal liefert und der ausgangsseitige Bit-Strom des Addierers 44 ein 3-Bit-Signal ist, dann bildet der Multiplizierer 47 ein 6-Bit-Signal. Das Register3-bit multiplication signal supplies and the output-side bit stream of the adder 44 is a 3-bit signal, then forms the multiplier 47 is a 6-bit signal. The registry
48 muß deshalb mindestens 6 Bit aufnehmen können. Wenn der örtliche Signalschätzwert mit einer Genauigkeit gebildet werden soll, die kleiner als 6 Bit ist, können die digitalen Wörter im Register 48 in der oben beschriebenen Form abgerundet werden. Das in Maßstab gesetzte und in Register 48 gespeicherte Signal gelangt danach zum Akkumulator 49, der wie eine Vorhersageeinheit wirkt und für eine 6-Bit Genauigkeit ausgelegt ist. Das Ausgangssignal des Akkumulators48 must therefore be able to accommodate at least 6 bits. When the local signal estimate is formed with an accuracy which is less than 6 bits, the digital words in register 48 can be rounded off in the form described above will. The signal set to scale and stored in register 48 then arrives at the accumulator 49, the acts like a prediction unit and is designed for 6-bit accuracy. The output of the accumulator
49 stellt einen örtlichen Schätzwert des eingangsseitigen PCM-Signals dar und wird im Subtrahierer 42 vom ankommenden PCM-Bit-Strom abgezogen.49 represents a local estimate of the PCM signal on the input side and is used in the subtracter 42 from the incoming PCM bit stream subtracted.
Weil das DPCM-Signal durch eine Vorhersageeinheit gebildet wird, die den Teil von jeder Abtastprobe eines PCM-Signals entfernt, der auf der Grundlage einer früheren Signaldarstellung vorhergesagt werden kann, ist es nur nötig, eine ankommende PCM-Abtastprobe durch ein vorhersagbares Inkrement zu reduzieren, um sie in eine DPCM-Abtastprobe umzuwandeln. Die PCM-Abtastproben in Fig.·5 werden deshalb zum Differenznetzwerk 50 geführt, das beliebig ausgelegt sein ' kann. Typischerweise besitzt es einen Subtrahierer 51 und eine Verzögerungseinheit 52 für eine Abtastprobe. Jede an-Because the DPCM signal is formed by a prediction unit that removes the portion from each sample of a PCM signal that is based on a previous signal representation can be predicted, it is only necessary to scan an incoming PCM sample by a predictable increment to convert it to a DPCM sample. The PCM samples in Fig. 5 therefore become Difference network 50 led, which can be designed arbitrarily ' can. Typically it has a subtracter 51 and a sample delay unit 52. Every other
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kommende Abtastprobe wird im Subtrahierer 51 um den Abtastwert
der unmittelbar vorausgehenden Abtastprobe reduziert. Diese Differenz bildet ein DPCM-Signal, und es werden gleich
lange DPCM-Wörter gebildet, wenn der Subtrahier er eine Genauigkeit
gleich der in dem eingangsseitigen PCM-Signal
auftretenden Bit-^ahl aufrechterhält.. Alternativ dazu kann,
was auch besser ausführbar ist, die Länge 'des DPCM-Wortes durch Abrunden im Subtrahierer 51 reduziert v/erden.The next sample is reduced in the subtracter 51 by the sample of the immediately preceding sample. This difference forms a DPCM signal, and DPCM words of the same length are formed if the subtracter has an accuracy equal to that in the input-side PCM signal
As an alternative to this, the length of the DPCM word can be reduced by rounding off in the subtracter 51, which can also be carried out better.
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